HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning

Hovedmålet med 'A til omega-3' prosjektet var å trygt inkludere i laksefôret langkjedete omega-3 flerumettede fettsyrer (LCn-3PUFA) fra heterotrofisk fremstilt mikroalger (HM) (Schizochytrium sp.; Alltech Ltd). Delmålene i prosjektet var å: 1) Utvikle nedstrøms-prosessteknologi for å øke HM avvanningseffektiviteten og fordøyelighet i mettede fettsyrefraksjonen i HM fett; 2) Utvikle protokoll for bruk av høyt nivå HM i ekstruderte fiskefôr av høy teknisk kvalitet; 3) Å screene metabolske effekter av HM lipider i laksecellekulturer og studere biologiske effekter ved bruk av HM i stedet for fiskeolje i laksefôret med fokus på fiskevelferd og helse, vekst, fôrutnyttelse og filet kvalitet, og 4) Vurdere økonomiske aspekter ved bruk av HM som kilder til LCn-3PUFA i laksefôret. Prosess: Vi studerte reologiske egenskapene av HM, og evaluerte avvanningseffektiviteten ved mikrofiltrering som kan være mer kostnadseffektivt enn sentrifugering, og som viste seg mulig opptil ca. 14% tørrstoff. HM oljeutvinningseffektivitet og DHA stabilitet ble evaluert mellom ulike teknologier bl.a. vannekstraksjon ved varmeforbehandling, mekanisk nedbryting av algecelleveggene, etterfulgt av forskjellige ekstraksjonsmetoder (superkritisk CO2 ekstraksjon, Soxhlet og Bligh & Dyer) og ved bruk av ulike løsemidler. HM biomassen inneholder 60-65% lipider i form av triglyserider (TAG), sammensatt av mettede fettsyrer (FS), hovedsakelig palmitinsyre (16:0) og en blanding av mettede og flerumettede FS (DHA, DPA og mindre EPA). Fullt mettet TAG forårsaket redusert lipidfordøyelighet. Det kan forbedres ved TAG modifisering. Interesterifisering er en fremgangsmåte for enzymatisk (lipase) FS hydrolyse og re-esterifisering i nye TAG posisjoner. Kommersielle enzymene Lipozyme RM IM og Lipozyme 435 med immobilisert lipaser (Novozymes AS) ble brukt som katalysatorer ved interesterifiseringen av blandinger av HM olje og rapsolje. TAG FS sammensetningsresultat basert på lipidomics analyser viser signifikante effekter av enzymkonsentrasjon og inkubasjonstid ved 60 og 80°C. Ekstrudering: Det er en teknologi som muliggjør produksjon av stabil høy fysisk kvalitet fôr og er den dominerende teknologien som brukes i kommersiell produksjon av laksefôr. Fremgangsmåten omfatter bruk av fuktighet og høy temperatur ved vann, damp og mekanisk energi for å oppnå akseptable fysikalske kvalitet og tetthetsspesifikasjoner. Lipid-nivåer over 13 til 15% i fôrråvareblandingen vil smøre systemet og redusere friksjonsvarmen, som resulterer i dårlig fysisk fôrpelletskvalitet. Største delen av fett i ferdig fôr bør derfor tilføres fôrpellet etter ekstrudering. Vi studerte hvordan økte HM nivåer i fôrråvareblanding påvirker ekstruderingsprosessen og fysisk fôrkvaliteten ved standardiserte ekstruderings- og tørkebetingelser. Forsøket var basert på en 3-faktorielt design med kommersielt relevante fôrblandinger der mengden hvetegluten, soyaproteinkonsentrat og HM varierte. Økt innhold av HM og forholdet mellom hvetegluten og soyaproteinkonsentrat påvirket alle målte responsene (mekanisk energi i ekstruderen, pellet størrelse, hardhet, durabilitet, bulktetthet, maks fett absorpsjon, fettlekkasje) og optimalt HM innblandingsnivået ble definert. Fiskefysiologi: Celleforsøk med adipocytter isolert fra laks ble gjennomført for å undersøke hvordan en FS-sammensetning som finnes i algeolje, dvs høyt innhold DHA og 16:0 og lite EPA, påvirker immunrespons ved infeksjon sammenliknet med en FS-sammensetning med EPA istedenfor DHA. Resultatene viser at dyrking av celler i både vekstmedium med 16:0+DHA og 16:0+EPA gir redusert inflammasjonsrespons i adipocytter sammenliknet med celler dyrket i kun 16:0. FS-sammensetningen i vekstmedium til cellene påvirket også uttrykk av gener involvert i omega-3 biosyntesen. Tre ekstruderte dietter (FO, FO/AO, AO) med graderte nivåer HM (0-2.75-5.5%) og fiskeolje (3.7-1.85-0%) ble brukt i to sammenhengende fôringsforsøk med pit-merket laksesmolt og postsmolt. Fisk var også fôret som parr i ferskvann med dietter av lik sammensetning og ble videre fôret til slakting (3kg) i merd med enten FO eller AO. Til 1kg vekst HM påvirket positivt slakteutbytte, fôrproteineffektivitet og fordøyelighet og retensjonseffektiviteten for EPA+DHA. Vi så ingen signifikative effekter på vekst, fôrfaktor eller levervekt. Hematologi viste ingen effekt på ALAT, ASAT og CK. Global transcriptomics (15.000 gener) i tarmen viste tydelige responser på immun-, reparasjons-/veksts-, protein-, langkjedet-FS og sfingosin metabolisme mellom AO og AO/FO sammenlignet med FO gruppene. Det var ingen effekt på stress, celledød, proliferasjon eller toksisitet. Tarm histologi og immunhistokjemi (PCNA, iNOS, MHC II, CD8) viste ingen forskjell mellom HM og FO gruppene. Smaksdommerne bedømte lukt, farge, smak og konsistens på laksefilet ved 1kg kroppsvekt. Resultatet viser forskjeller kun i fargetone, fargestyrke og hvithet. AO fisk var noe rødere i kjøttet sammenlignet med de andre.

More than 70% of the world's fish species are about to be fully exploited, and the salmon feed industry utilizes more than 50% of the global fish oil production today. Microalgae, being the primary producers of marine omega-3, are recognized as among the most prominent alternatives to fish oil in fish feed. Heterotrophic microalgae (HM) do not compete for light and can be produced on inexpensive low value raw materials in any part of the world, still the methods used for processing are too costly for bulk raw material production. Large scale production of HM (e.g. Schizochytrium sp.) with high lipid content (55-75% in dry matter) and as much as 30% DHA of total lipids is a reality today using well established fermentation technologies. It is thus possible to supplement salmon diets with marine omega-3 fatty acids from these algae and support further salmon production growth. To reach this goal, further improvements in cost efficiency and end product quality in the downstream processing of HM are needed as well as convincing studies on the lifelong metabolic effects in fish fed HM rich diets. Provision of adequate quantities of wet and dry raw material for pilot scale processing, feed technology and fish feeding trials are thus necessary. In this project A lltech Inc holds this role, rendering the risks of not achieving the set goals very low. The project works include i) development of downstream processing technologies to improve HM dewatering cost and saturated lipid digestibility, ii) development of ing redient specific extrusion protocols, iii) screening of main metabolic effects of HM oils in salmon cell cultures, iv) studies on the biological effects of dietary HM on farmed salmon focusing on fish welfare and health, growth performance, product qualit y and metabolic effects, and v) establishment of the economic feasibility of using HM as sources of omega-3 fatty acids in salmon feeds.